De James Webb Space Telescope (JWST) verandert fundamenteel ons begrip van superzware zwarte gaten, de kolossale zwaartekrachtankers in de centra van sterrenstelsels. Decennia lang was de heersende theorie van mening dat deze kolossen geleidelijk groeiden, terwijl kleinere zwarte gaten in de loop van miljarden jaren samensmolten. Recente JWST-waarnemingen brengen echter zwarte gaten in het vroege heelal aan het licht die veel te groot en veel te vroeg zijn om in dit model te passen.
Het mysterie van de vroege vorming van zwarte gaten
Astronomen hebben zich lang afgevraagd hoe superzware zwarte gaten zo vroeg in de kosmische geschiedenis miljarden maal de massa van onze zon konden bereiken. De traditionele verklaring – de langzame aanwas en samensmelting van zwarte gaten met de massa van sterren – houdt eenvoudigweg geen rekening met de omvang en overvloed van deze objecten die in het jonge heelal worden waargenomen.
De ontdekking van quasars, uitzonderlijk heldere objecten die worden aangedreven door superzware zwarte gaten, slechts 800 miljoen jaar na de oerknal, duidde al op deze discrepantie. Nu levert JWST het gedetailleerde bewijsmateriaal dat nodig is om ons begrip te verfijnen.
Directe ineenstorting en alternatieve theorieën
Uit opkomend onderzoek blijkt dat er mogelijk verschillende alternatieve vormingsmechanismen een rol spelen. Eén toonaangevende theorie stelt ‘zwarte gaten met directe ineenstorting’ voor, waarbij enorme klonten gas en stof onder hun eigen zwaartekracht instorten en in één stap zwarte gaten vormen die tot wel een miljoen keer de massa van de zon kunnen hebben. Deze zwarte gaten zouden vervolgens groeien door snel materie te verzamelen en uiteindelijk de superzware entiteiten te worden die we vandaag de dag zien.
JWST heeft al verschillende kandidaten geïdentificeerd die dit model ondersteunen, waaronder het sterrenstelsel UHZ1, dat een zwart gat met een massa van 40 miljoen zonsmassa bevat dat bestond toen het universum nog maar 470 miljoen jaar oud was. De infrarood- en röntgenstraling van UHZ1 komen precies overeen met de voorspellingen voor een direct instortend zwart gat.
Andere mogelijkheden zijn onder meer oorspronkelijke zwarte gaten, gevormd in de onmiddellijke nasleep van de oerknal, en niet helemaal oorspronkelijke zwarte gaten, die iets later maar nog vóór de eerste sterren ontstonden. Deze vroege zwarte gaten hadden de kiem kunnen vormen voor latere groei, hoewel het bepalen van hun prevalentie een actief onderzoeksgebied blijft.
Kleine rode stippen en de klif: nieuwe ontdekkingen
JWST heeft ook ‘kleine rode stippen’ geïdentificeerd: compacte, lichtgevende objecten die enorme zwarte gaten lijken te zijn zonder noemenswaardige gaststelsels. QSO1, waargenomen 700 miljoen jaar na de oerknal, is zo’n voorbeeld. De geschatte massa van 50 miljoen zonnen is geconcentreerd in een klein gebied, met weinig omringend stellair materiaal.
Een ander intrigerend object, genaamd ‘The Cliff’, zou een quasi-ster kunnen zijn: een enorme gasomhulling die een nieuw gevormd superzwaar zwart gat omringt. De gegevens van JWST suggereren een scherpe piek in het licht van dicht waterstofgas, consistent met dit model.
De toekomst van onderzoek naar zwarte gaten
De implicaties zijn duidelijk: superzware zwarte gaten zijn waarschijnlijk niet alleen uit kleinere ontstaan. In plaats daarvan kunnen ze gevormd zijn door een combinatie van een snelle directe ineenstorting, een oorspronkelijke oorsprong of andere exotische mechanismen. Missies zoals Euclid van het European Space Agency en de Romeinse ruimtetelescoop van NASA zullen de bevindingen van JWST aanvullen, helpen deze modellen te verfijnen en de dominante routes voor vroege vorming van zwarte gaten te bepalen.
“Het universum is bezaaid met superzware zwarte gaten die extreem vroeg ontstaan”, zegt Priyamvada Natarajan, astrofysicus aan de Yale University. “Ik kan je niet vertellen hoe spannend dat is.”
Deze revolutie in ons begrip is nog maar net begonnen, maar het bewijs stapelt zich op dat onze eerdere aannames over de vroegste zwarte gaten in het universum fundamenteel onvolledig waren.
